Aurinkokuntamme ja planeettamme kahdeksan planeettaa Aurinko, mittakaavassa, mutta ei kiertoradan … etäisyyksien suhteen. Huomaa, että nämä ovat ainoat kahdeksan objektia, jotka täyttävät kaikki kolme IAU: n asettamaa planeettakriteeriä ja kiertävät auringon ympäri vain muutaman asteen sisällä samasta tasosta kuin toiset.
Wikimedia Commons -käyttäjä WP
Kaikista aurinkokunnan planeetoista, kääpiöplaneetoista, kuista, asteroideista ja muusta vain yksi esine voi olla tihein. Voit ajatella sen perusteella, että gravitaatio on pakeneva prosessi, joka vain rakentuu itselleen yhä suuremmassa määrin, että kaikkien asioiden massiivisimmat kohteet, kuten Jupiter tai jopa Aurinko, olisivat tiheimpiä, mutta ne ovat vähemmän kuin neljännes maan tiheydestä.
Saatat mennä eri reittiä ja ajatella, että myös suurimmasta osasta raskaimpia elementtejä muodostuvat maailmat olisivat tiheimpiä. Jos näin olisi Elohopea olisi kuitenkin tihein maailma, eikä sitä ole. Sen sijaan kaikista aurinkokunnassa tunnetuista suurista esineistä maa on kaikista tihein. Tässä on yllättävä tiede miksi.
Aurinkokunnan planeettojen vertailu koon mukaan. Maan säde on vain 5% suurempi kuin … Venus, mutta Uraanilla ja Neptunuksella on neljä kertaa maailman säde.
Wikimedia Commonsin Lsmpascal
Tiheys on yksi yksinkertaiset aineen ei-perusominaisuudet, joita voit kuvitella. Jokaisella olemassa olevalla esineellä mikroskooppisesta tähtitieteelliseen on tietty luontainen energia levossa: mitä me yleensä kutsumme massaksi. Nämä kohteet vievät myös tietyn määrän tilaa kolmessa ulottuvuudessa: mitä tunnemme tilavuutena. Tiheys on vain näiden kahden ominaisuuden suhde: kohteen massa jaettuna sen tilavuudella.
Itse aurinkokuntamme muodostui noin 4,5 miljardia vuotta sitten tavalla, jolla kaikki aurinkokunnat muodostuvat: pilvestä kaasua tähtien muodostumisalueella, joka supistui ja romahti omalla painovoimallaan. Äskettäin observatorioiden, kuten ALMA: n (Atacama Large Millimeter / submillimetre Array), ansiosta olemme pystyneet suoraan kuvaamaan ja analysoimaan protoplaneettalevyjä, jotka muodostuvat näiden vastasyntyneiden tähtien ympärille ensimmäistä kertaa.
Nuoren tähden HL Taurin ympärillä oleva protoplaneettalevy, ALMA: n kuvaama. … -levyn aukot osoittavat, että uusia planeettoja, kun taas spektroskooppiset mittaukset paljastavat suuren määrän ja monimuotoisuutta orgaanisia, hiiltä sisältäviä yhdisteitä.
ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Jotkut Tällaisen kuvan ominaisuudet ovat silmiinpistäviä. Voit nähdä suuren, laajennetun levyn vasta muodostuvan tähden ympärillä: materiaali, josta syntyy planeettoja, kuita, asteroideja, ulompi (Kuiperin kaltainen) vyö jne. Voit katso levyn aukot: paikat, joihin massiivisia esineitä, kuten planeettoja, on jo muodostumassa. Näet värikoodatun lämpötilagradientin, jossa sisäalueet ovat kuumempia ja ulommat alueet a uudelleen kylmempi.
Mutta mitä et voi nähdä visuaalisesti tämän tyyppisestä kuvasta, on erityyppisten materiaalien läsnäolo ja runsaus. Vaikka monimutkaisia molekyylejä ja jopa orgaanisia yhdisteitä esiintyy tällaisissa järjestelmissä, on kolme tärkeää vaikutusta, jotka kaikki yhdessä selvittävät mitkä alkuaineet päättyvät mihin aurinkokunnan paikkoihin johtavat.
Kuva protoplaneettalevystä, jossa planeetat ja planeettasimulaalit muodostuvat ensin ja luovat … ”aukkoja” levylle, kun ne muodostavat. Heti kun keskeinen prototähti lämpenee tarpeeksi, se alkaa puhaltaa kevyimmät elementit ympäröivistä protoplantaarisista järjestelmistä. Jupiterin tai Saturnuksen kaltaisella planeetalla on tarpeeksi painovoimaa tarttua kevyimpiin alkuaineisiin, kuten vetyyn ja heliumiin, mutta pienemmän massan maailma, kuten Maan, ei.
NAOJ
Ensimmäinen tekijä on painovoima, joka on aina houkutteleva voima. Pienistä hiukkasista koostuvassa ainelevyssä ne, jotka ovat lähempänä levyn sisäosaa, kiertävät aurinkokunnan keskustaa hieman suuremmilla nopeuksilla kuin hiukan kauemmas, aiheuttaen törmäyksiä hiukkasten läpi ohittaessaan yhden toinen tässä orbitaalitanssissa.
Jos hiukan suurempia hiukkasia on jo muodostunut tai jos pienemmät hiukkaset tarttuvat yhteen muodostaen suurempia, painovoima kasvaa hiukan suuremmaksi, koska liian tiheä alue houkuttelee ensisijaisesti yhä enemmän Yli tuhansien, miljoonien ja kymmenien miljoonien vuosien ajan tämä johtaa planeettojen karanneeseen muodostumiseen missä tahansa paikassa, missä tapahtui eniten massaa yhdessä paikassa nopeimmin.
Kaavio protoplaneettalevystä, jossa näkyvät noki- ja huurrelinjat.Auringon kaltaiselle tähdelle … arvioiden mukaan jäätymisviiva on noin kolminkertainen alkuperäiseen maa-aurinko-etäisyyteen, kun taas nokiviiva on huomattavasti pidemmälle. Näiden viivojen tarkka sijainti aurinkokuntamme menneisyydessä on vaikea määritellä.
NASA / JPL-Caltech, Invader Xanin annonaatiot
Toinen tekijä on keskitähden lämpötila, kun se kehittyy ennalta – syntymä molekyylipilvinä vaiheessaan prototähtinä pitkään elämäänsä täysimittaisena tähtinä. Tähteä lähinnä olevalla sisäalueella vain kaikkien raskaimmat elementit voivat selviytyä, koska kaikki muu on liian kevyt voimakas lämpö ja säteily räjäyttävät sen erilleen. Suurin osa sisätiloissa olevista planeetoista valmistetaan pelkästään metalleista.
Sen ulkopuolella on pakkasviiva (jossa ei ole haihtuvia jäätä, mutta höyryäviä jäätä sen ulkopuolella), missä kaikki maanpäälliset planeettamme muodostuivat. Vaikka nämä viivat ovat mielenkiintoisia, se opettaa meille myös, että aurinkokunnassa muodostuu materiaalin kaltevuus: raskaimmat alkuaineet löytyvät suurimmasta osasta lähinnä keskitähteä, kun taas raskaammat elementit ovat vähemmän runsaasti kauempana.
Aurinkokunnan kehittyessä yleisesti haihtuvat materiaalit haihtuvat, planeetat lisäävät ainetta, … planeetta-eläimet sulautuvat yhteen tai gravitaatiovaikutuksessa ja poistavat kappaleita, ja kiertoradat siirtyvät vakaisiin kokoonpanoihin. Kaasujätti-planeetat saattavat hallita aurinkokuntamme dynamiikkaa painovoimaisesti, mutta sisäiset, kiviset planeetat ovat siellä, missä kaikki mielenkiintoinen biokemia tapahtuu, sikäli kuin tiedämme. Muissa aurinkokunnissa tarina voi olla huomattavasti erilainen, riippuen siitä, missä eri planeetat ja kuut päätyvät muuttamaan.
Wikimedia Commonsin käyttäjä AstroMark
Ja kolmas ja viimeinen elementti on, että tapahtuu monimutkainen gravitaatiotanssi Ajan myötä. Planeetat muuttavat. Tähdet lämpenevät, ja jäätä riisutaan sinne, missä ne kerran sallittiin. Planeetat, jotka ovat voineet kiertää tähtemme ympäri aikaisemmissa vaiheissa, voivat tulla ulos, ammuttu aurinkoon tai laukaista törmäämään ja / tai sulautumaan. muiden maailmojen kanssa.
Ja jos tulet liian lähelle aurinkokuntaasi ankkuroivaa tähteä, tähden ilmakehän ulkokerrokset voivat tarjota riittävän kitkan, joka saa kiertoradasi epävakautumaan ja kiertymään keskitähdeksi. itse. Kun tarkastelemme aurinkokuntamme tänään, 4,5 miljardia vuotta sen jälkeen, kun koko asia on muodostunut, voimme päätellä kauhean paljon asioita siitä, millaisten asioiden on pitänyt olla alkuvaiheessa. Voimme koota yleiskuvan siitä, mitä tapahtui luoda asioita sellaisina kuin ne ovat nykyään.
Esimerkki synestian näköisestä : paisunut rengas, joka ympäröi planeettaa … korkean energian, suuren kulmamomentin vaikutuksen jälkeen. Uskotaan nyt, että Kuumme muodostui varhaisesta törmäyksestä Maan kanssa, joka loi tällaisen ilmiön.
Sarah Stewart / UC Davis / NASA
Mutta kaikki me ovat lähteneet ovat eloonjääneitä. Se, mitä näemme, noudattaa yleistä mallia, joka on hyvin sopusoinnussa ajatuksen kanssa, että kahdeksan planeettamme muodostuivat suunnilleen siinä järjestyksessä kuin ne ovat nykyisin: Merkurius sisimpänä maailmana, jota seuraa Venus, Maa, Mars, asteroidivyö, sitten neljä kaasujättiä, joilla jokaisella on oma kuun järjestelmä, Kuiperin vyö ja viimeinkin Oortin pilvi.
Jos kaikki perustuisi pelkästään niiden muodostaviin elementteihin, elohopea olisi tihein planeetta. Elohopealla on suurempi osuus alkuaineita, jotka ovat korkeammat jaksollisessa taulukossa kuin mikään muu tunnettu aurinkokunnan maailma. Jopa asteroidit, joiden haihtuvat jäätä ovat kiehuneet, eivät ole yhtä tiheitä kuin elohopea perustuu yksinomaan elementteihin. Venus on # 2, Maa on # 3, jota seuraa Mars, jotkut asteroidit ja sitten Jupiterin sisin kuu: Io .
Aurinkokunnan eri kappaleiden tiheydet. Huomaa tiheyden ja etäisyyden suhde … auringosta, Tritonin samankaltaisuus Plutoon ja kuinka jopa Jupiterin satelliitit Iosta Callistoon vaihtelevat tiheydessään niin valtavasti.
Karim Khaidarov
Mutta sen tiheys ei ole vain maailman raaka-ainekoostumus. Siellä on myös painovoimakompression kysymys, jolla on suurempi vaikutus maailmoille, mitä suuremmat massat ovat. ovat. Tästä olemme oppineet paljon tutkimalla oman aurinkokuntamme ulkopuolisia planeettoja, kun he ovat opettaneet meille, mitä eksoplaneettojen eri luokat ovat. Sen avulla voimme päätellä, mitkä fyysiset prosessit ovat toiminnassa, jotka johtavat havaitsemiemme maailmoihin.
Jos olet noin kahden maapallon massan alapuolella, sinusta tulee kivinen, maanomainen planeetalla, jossa suuremman massan planeetat kokevat enemmän painovoimaa.Sen yläpuolella alat roikkua kaasumaisella aineen vaipalla, joka ”puhaltaa” maailmaasi ja pudottaa tiheytensä valtavasti, kun nouset massaan, selittäen, miksi Saturnus on vähiten tiheä planeetta. Toisen kynnyksen yläpuolella painovoimainen pakkaus ottaa taas johtoaseman; Saturnus on 85% Jupiterin fyysisestä koosta, mutta vain kolmasosa massasta. Ja toisen kynnyksen jälkeen ydinfuusio syttyy ja muuttaa mahdollisen planeetan tähdeksi.
Paras näyttöön perustuva luokitusmenetelmä planeettojen on luokiteltava ne joko kivisiksi, … Neptunuksen, Jupiterin tai tähtien kaltaisiksi. Huomaa, että ”viiva”, jota planeetat seuraavat, kunnes ne saavuttavat ~ 2 Maan massaa, pysyy aina kaikkien muiden kaavion maailmojen alapuolella, kun jatkat ekstrapolointia.
Chen ja Kipping, 2016, kautta https://arxiv.org/pdf/1603.08614v2.pdf
Jos meillä olisi Jupiterin kaltainen maailma, joka olisi riittävän lähellä aurinkoa, sen ilmapiiri poistettaisiin ja paljastaisi ydin, joka varmasti olla tiheämpi kuin mikään aurinkokuntamme planeetoista tänään. Tiheimmät, raskaimmat elementit uppoavat aina ytimeen planeetan muodostumisen aikana, ja gravitaatio pakkaa sen ytimen vielä tiheämmäksi kuin se olisi ollut muuten. Mutta meillä ei ole tällaista maailmaa takapihallamme.
Sen sijaan meillä on vain suhteellisen raskas kallioinen, maanpäällinen planeetta: Maa, aurinkokuntamme raskain maailma ilman suurta kaasumaista kirjekuorta. oman painovoiman voimansa ansiosta Maa puristuu muutamalla prosentilla verrattuna siihen, mikä sen tiheys olisi ollut ilman niin paljon massaa. Ero riittää voittamaan tosiasian, että se on valmistettu kevyemmistä elementeistä kuin elohopea on (jossain välillä 2-5%), jotta se olisi noin 2% tiheämpi kuin elohopea kokonaisuudessaan.
Parhaan tietomme mukaan ja parhailla mittauksilla Käytössämme olemme päättäneet, että … Maa on kaikista tihein planeetta aurinkokunnassa: noin 2% tiheämpi kuin elohopea ja noin 5% tiheämpi kuin Venus. Mikään muu planeetta, kuu tai edes asteroidi ei tule lähelle.
NASA
Jos elementit, joista teit, olivat ainoat tiheyden kannalta tärkeät mittarit, niin Elohopea olisi epäilemättä aurinkokunnan tihein planeetta. Ilman matalan tiheyden valtamerta tai ilmakehää ja se on valmistettu jaksollisen taulukon raskaammista elementeistä (keskimäärin) kuin mikään muu naapurustomme esine, se ottaisi kakun. Ja silti maapallo, melkein kolme kertaa kauempana Auringosta, valmistettu kevyemmistä materiaaleista ja huomattavan ilmakehän kanssa, virisee 2% suuremmalla tiheydellä.
Selitys? Maapallolla on tarpeeksi massaa, jotta sen painovoiman aiheuttama itsepuristus on merkittävä: melkein yhtä merkittävä kuin saat, ennen kuin aloitat roikkumisen suuressa, haihtuvassa kaasuvaipassa. Maapallo on lähempänä tätä rajaa kuin mikään muu aurinkokunnassamme, ja yhdistelmä sen suhteellisen tiheää koostumusta ja sen valtavaa itsepainovoimaa, kun olemme ”18 kertaa niin massiivisia kuin elohopea, sijoittaa meidät yksin aurinkojemme tiheimpänä esineenä. Järjestelmä.